19.VI.1964 Niemiecka Republika Federalna Opublikowano: 31.111.1967 53008 KL 80 c, 14/20 MKP Twórca wynalazku: inz. Kunibert Brachthauser Wlasciciel patentu: Klóckner-Humboldt-Deutz Aktiengesellschaft, Kolo¬ nia (Niemiecka Republika Federalna) Sposób uzyskiwania produktu wolnego od alkaliów przy prazeniu mineralów zawierajacych trudno lotne alkalia Wynalazek dotyczy sposobu uzyskiwania pro¬ duktu wolnego od alkalii przy prazeniu w piecu mineralów zawierajacych trudno lotne alkalia.Wiele mineralów zawiera zwiazki alkaliczne, które ulatniaja sie tylko w bardzo wysokich tem¬ peraturach i dlatego czesto nie zostaja usuniete w czasie procesu prazenia. Z drugiej strony istotne znaczenie ma czestokroc, na przyklad przy praze¬ niu miewa cementowego, aby zawartosc alkaliów w produkcie wyladowanym z pieca nie przekracza¬ la okreslonego procentu.Wiadomo, ze przy prazeniu miewa cementowego mozna przez dodatek na przyklad Cad2 lub CaF2 do miewa cementowego zwiekszyc lotnosc zawar¬ tych w nim alkaliów. Dodatek tego rodzaju od¬ czynników podraza jednakze bardzo proces pra¬ zenia. Dalej wiadomo, ze mozna trudno lotne zwiazki alkaliczne, takie jak K20 lub K2S04 prze¬ ksztalcic dzialaniem pary wodnej w latwo lotne wodorotlenki alkaliów. Przy prazeniu mineralów zawierajacych trudno lotne alkalia nie wykorzy¬ stano tego zjawiska dlatego, poniewaz obawiano sie, ze dla wytworzenia koniecznej pary wodnej bylyby potrzebne zbyt duze dodatkowe ilosci ciepla.Celem wynalazku jest opracowanie sposobu pra¬ zenia mineralów zawierajacych trudno lotne al¬ kalia, który by pozwalal na uzyskanie wolnego od - alkaliów produktu z pieca i który by odznaczal sie wysoka ekonomicznoscia goslpodarki cieplnej. 15 25 30 Cel ten osiagnieto wedlug wynalazku przy za¬ stosowaniu urzadzenia piecowego, w którym pro¬ dukt wyladowany z pieca wedruje przez urzadze¬ nie chlodnicze, przez które przeplywa powietrze, przy czym co najmniej czesc ogrzanego powietrza chlodzacego doprowadzona zostaje do pieca w ten sposób, ze w urzadzeniu chlodzacym przeprowadza sie wode w pare wodna w takiej ilosci, ze ;pod dzialaniem pary wodnej wprowadzonej do pieca razem z ogrzanym powietrzem chlodzacym trudno lotne alkalia zawarte w ladunku wprowadzonym do pieca zostaja przeksztalcone w latwo lotne wo¬ dorotlenki alkaliów.Wten sposób stwierdzono z cala pewnoscia, ze nie tylko latwo lotne zwiazki alkaliczne, lecz takze zwiazki alkaliczne trudno lotne ulatniaja sie w pie¬ cu i zostaja porwane przez gazy odlotowe pieca.Korzystnie jest, gdy swieze powietrze chlodzace przeprowadza sie poprzez produkt, który znajdu¬ je sie w ostatniej czesci urzadzenia chlodzacego, liczac w kierunku poruszania sie produktu w pie¬ cu, przy czym wode w tej czesci urzadzenia chlo¬ dzacego wprowadza sie ponad produkt, a cala lub prawie cala ilosc tak nawilgoconego powietrza prowadzi sie przez produkt znajdujacy sie w pierwszej czesci urzadzenia chlodzacego, a nastep¬ nie wprowadza do pieca.Ilosc powietrza chlodzacego wprowadzana do ostatniej czesci urzadzenia chlodzacego najlepiej 5300853008 jest tak dobrac, aby odpowiadala ona potrzebnej ilosci powietrza wtórnego w piecu.W pieoowniach, w których dajace sie wyczuc cieplo zawarte w gazacfy odlotowych z pieca wy¬ korzystane ma byc w ¦ bezposredniej wymianie cieplnej do wstepnego podgrzania^ wsadu istnieje taki problem, ze alkalia! zawarte w gazach odlo¬ towych z pieca osiadaja przy temperaturze od oko¬ lo 600 do 1000°C na surowcu wprowadzanym do pieca i razem z nim wracaja na powrót do pieca.Dla unikniecia tego, zeby gazy odlotowe nie wzbo¬ gacily sie, wfe wzrastajacej mierze w alkalia, moz¬ na przed urzadzeniem dó wstepnego podgrzewania wyprowadzic do atmosfery czesc strumienia ga¬ zów Odlotowych uchodzacych z pieca.Na rysunku uwidoczniono schematycznie przy¬ klad wykonania, urzadzenia do stosowania sposo¬ bu wedlug wynaj&zfcu, jfrzy czym na fig. 1 przed¬ stawiono schemat instalacji pieca, a na fig. 2 urzadzenie chlodzace w przekroju pionowym wzdluznym. Przed przedstawionym na fig. 1 ru¬ rowym piecem obrotowym zainstalowano urzadze¬ nie do wstepnego ogrzewania wprowadzanych do pieca materialów.Urzadzenie do wstepnego ogrzewania sklada sie z czterech cyklonów 2—5 ustawionych szeregowo.Czesc strumienia gazów odlotowych z rurowego pieca obrotowego przeplywa kolejno przez prze¬ wód 6 do cyklonu 2, przez przewód 7 do cyklonu 3, przez przewód 8 do cyklonu 4 i przez przewód 9 do cyklonu 5.Wprowadzany do pieca material na przyklad su¬ rowe mlewo cementowe, zawierajace trudno lotne alkalia, wprowadza sie za pomoca pneumatyczne¬ go przenosnika 10 lub innego przenosnika, na przy¬ klad przenosnika kubelkowego do przewodu 0, prowadzacego do cyklonu 5. Gazy plynace przez przewód 9 porywaja go do cyklonu 5. Osadzone w cyklonie 5 mlewo cementowe dostaje sie przez wylotowa rure 11 do przewodu gazowego 8, a z nie¬ go do cyklonu 4.W taki sam sposób przechodzi mlewo cemento¬ we przez cyklony 3 i 2 i z ostatniego przedostaje sie do pieca 1 przez rure pylowa 14. W czasie dro¬ gi poprzez urzadzenie do wstepnego ogrzewania mlewo cementowe styka sie z coraz to bardziej goracymi gazami odlotowymi z pieca przez co za¬ chodzi bardzo dobra wymiana ciepla pomiedzy czescia strumienia gazowego o temperaturze okolo 1000° do 1200° wplywajacego "do urzadzenia do wstepnego ogrzewania, z mlewem cementowym.Temperatura gazu opada przy tym tak dalece, ze wynosi ona po przejsciu cyklonu 5 tylko 250 do 350°, podczas gdy równoczesnie temperatura mie¬ wa wzrasta do 800°C. Gazy odlotowe po przejsciu przez urzadzenie do wstepnego ogrzewania ucho¬ dza na zewnatrz przewodem 15. Zostaja one za¬ siane przez dmuchawe 16 i nastepnie dostaja sie poprzezprzewód 17 do elektrostatycznego odsyla¬ cza 18. Za tym odpylaczelm znajduje sie dmucha¬ wa 19, za pomoca której oczyszczone gazy poprzez komin; 20 zostaja odprowadzone na zewnatrz..Wytracony w odpylaczu 18 pyl jest zbierany na transporter slimakowy 21 i na przyklad z pomoca pochylni lub powietrznych przenosników rynno¬ wych doprowadzony zostaje dó urzadzenia prze- . nosnikowego 10 i razem ze swiezym mlewem ce¬ mentowym wprowadzony do wymiennika ciepla..,. Wstepnie podgrzane mlewo doprowadzone do ob- i rotowego pieca rurowego 1, przez wypustowa rure pylowa 14 wedruje przez obrotowy piec rurowy na lewo i zostaje-przy tym przez przeplywajace w odwrotnym kierunku gazy opalowe lu] przez wytworzone w palenisku 23 pieca plomienie, wy- io prazone na klinkier. Klinkier ten opuszcza piec przy glowicy pieca 24 i stamtad dostaje sie do urzadzenia.chlodzacego 25.Urzadzenie to typu rusztowego wyposazone jest w skosnie opadajacy ruszt schodkowy - 26. Pod « rusztem umieszczone sa trzyf komory 27, 28 i 29, polaczone ze strona tloczna dmuchaw' 30, 51 ci 32.Od strony ssacej dmuchawy te wyposazone sa w krócce 33, 34 i 35 (fig. 2) dla zasysania powietrza z atmosfery, przy czym dla regulacji ilosci zassa- 20 nego powietrza na kazdym króccu jest zainstalo¬ wana przepustnica 36, 37, 38. Dmuchawy od strony zasysajacej polaczone sa, ponizej krócców zasy¬ sajacych 33, 34 i 35, ze wspólnym przewodem 45 poprzez rury laczace 39, 40 i 41, w przepustnice 25 42, 43, 44, przy czym przewód 45, polaczony jest z cyklonem 47.Korzystnie jest, gdy pomieszczenie, znajduja¬ ce sie nad rusztem schodkowym 26 jest podzielone scianka dzialowa 48 i 50. W komorze 49 ponad 30 cala szerokoscia rusztu schodkowego 26 sa roz¬ mieszczone liczne dysze rozpylajace 60, polaczone z wodociagiem 51. Ruszt schodkowy 26 konczy sie w prawym koncu pochylnia 52, nad która dobrze jest umiescic lamacz do klinkieru 53. 25 Z pomoca tego lamacza klinkier zsuwajacy sie po pochylni 52 zostaje rozdrobniony. Dostaje sie on nastepnie na przenosnik 54 i z je£o pomoca zo¬ staje doprowadzony do dalszego przerobu. Ko¬ mora 49 laczy sie w prawym koncu z kominem 40 55, w który wbudowano przepustnice 56. Ponizej przepustnicy umieszczone jest w kominie odga¬ lezienie w postaci rury 57, która z drugiej strony uchodzi po stycznej do cyklonu 47.W czasie ruchu calego urzadzenia przepustnice 45 36, 37, 44 sa otwarte, a klapy przepustnic 38, 42, 43 zamkniete. Dzialaniem dmuchaw 30 i 31 powietrze z atmosfery jest wdmuchiwane do komór 27, 28..Powietrze to przeplywa przez szczeliny rusztu schodkowego 26, a nastepnie przechodzi przez so warstwe klinkieru 59.Tym samym klinkier zostaje skutecznie ochlodzo¬ ny, a powietrze chlodzace ogrzane. Równoczesnie poprzez dysze rozpylajace 60 zostaje do komory 4& wprowadzona woda i rozpylona na warstwe znaj- 55 dujacego sie tam klinkieru. Skutkiem wysokiej temperatury panujacej w tej komorze i pochodza¬ cej od klinkieru, zachodzi szybkie parowanie wody„ przez co równoczesnie opada temperatura ogrza¬ nego powietrza chlodzacego. so Para wodna miesza sie z powietrzem chlodza¬ cym i razem z nim przeplywa do komina 55. Znaj¬ dujaca sie w nim przepustnica 56 jest tak usta¬ wiona, ze nasycone para wodna powietrze chlo¬ dzace przetplywa calkowicie lub co najmniej w os przewazajacej mierze przez rurociag 57 do cyklo-53008 nu 47. W cyklonie tym pyl klinkieru, zawarty w mieszaninie para wodna — powietrze, opada na dno i stad zostaje odprowadzony £rzez wypustowa rure pylowa 58 na przenosnik 54* Tak oczyszczone powietrze nasycone para wod- 5 na wyplywa z cyklonu 47 rurociagiem 45 i jest za- pomoca dmuchawy 32 wtlaczane do komory 29.Z komory 29 przeplywa ono pod dzialaniem dmu¬ chawy 16 (fig. 1) przez pierwsza czesc rusztu schodkowego i przez warstwe klinkieru spoczy- 10 wajaca na tej czesci rusztu. Przy tej okazji mie-. szanina para wodna — powietrze zostaje przy równoczesnym chlodzeniu swiezego i dlatego naj¬ bardziej goracego klinkieru ogrzana do tempera¬ tury na przyklad 700 do 800°C. 15 Goraca mieszanina pary wodnej i powietrza do¬ staje sie pózniej z komory 50 poprzez glowice pie¬ ca 24 do pieca 1, jako powietrze wtórne.Mlewo cementowe i utworzony z niego klinkier podlegaja dlatego w. drodze przez caly piec dzia- 2o laniu pary wodnej wprowadzonej do pieca razem z powietrzem wtórnym. Para wodna reaguje z trudno lotnymi alkaliami, zawartymi w surowcu wprowadzonym do pieca, takimi, jak na przyklad K20 lub K2S04 i przeksztalca je w latwo lotne wodorotlenki alkaliów.Skutkiem tego w czasie procesu prazenia w pie¬ cu zostaja one przeprowadzone w stan pary i od¬ prowadzone z pieca przez gazy odlotowe. Usuniete zostaja nie tylko latwo lotne alkalia znajdujace sie 10 w mlewie cementowym,- lecz takze trudno lotne al¬ kalia, które bez opisanej reakcji z para wodna i bez przeksztalcenia w wodorotlenki pozostalyby calko¬ wicie lub w przewazajacej czesci w produkcie go¬ towym. 85 Dzialaniem pary wodnej zostaja przeksztalcone równiez i te trudno lotne alkalia w latwo lotne wo¬ dorotlenki alkaliów, które ewentualnie zostaly wprowadzone do pieca razem z paliwem tak, ze równiez z paliwa nie moga przejsc do klinkieru 40 zadne alkalia. W ten sposób zostaje zapewnione to, ze uzyskany klinkier nie wykazuje zadnego lub tylko bardzo maly procent zawartosci alkaliów.Jezeli przed obrotowym piecem rurowym jest umieszczone urzadzenie, w którym mlewo cemfen- 45 towe zostaje wstepnie podgrzane dzieki bezposred¬ niej wymianie cieplnej z gazami odlotowymi z pie¬ ca, wtedy wystepuje problem taki, ze alkalia za¬ brane przez gazy odlotowe z pieca osiadaja w urza¬ dzeniu do podgrzewania wstepnego na mlewie ce- so mentowym i razem z nim ponownie trafiaja do pieca. Jezeli wiec nie przedsiewezmie sie zadnych srodków zabezpieczajacych, to gazy odlotowe z pie¬ ca beda sie stale wzbogacaly w alkalia, a skut¬ kiem tego mlewo cementowe w urzadzeniu do 55 ogrzewania wstepnego w coraz to wiekszym stop¬ niu zawieraloby alkalia.Z (biegiem czasu moglo by dojsc do tego, ze szyb¬ kosc miewa cementowego zmniejszalaby sie tak dalece, iz powstaloby nieibezpieczenstwo przywie- W rania miewa do aparatury i zapychania sie urza¬ dzenia do podgrzewania wstepnego. Poza tym przy zbyt wysokiej zawartosci alkaliów w atmosferze pieca pozostalyby niepozadane duze ilosci alka¬ liów w produkcie wychodzacym z pieca. Aby wiec 65 mlewo cementowe oraz atmosfera pieca nie zosta¬ ly zbyt silnie zanieczyszczone alkaliami wprowa¬ dzonymi w obieg kolowy, mozna przed urzadzeniem do ogrzewania wstepnego czesc strumienia gazu wyplywajacego z pieca wyprowadzic do atmosfery.W tym celu do rurociagu odprowadzajacego gazy odlotowe 6, dolaczono rure 68, prowadzaca do od- pylacza elektrostatycznego 69. Do rury 6S w pobli¬ zu polaczenia z rurociagiem odprowadzajacym ga¬ zy odlotowe. 6 wchodzi stycznie rura 65. Ta z kolei laczy sie od strony tloczenia z dmuchawa 66, która poprzez króciec 67 zasysa powietrze z atmosfery.Pod wplywem dmuchawy 70 umieszczonej poza odsylaczem 69 zasysana jest stale czesc strumienia gazu wyplywajacego z pieca a zmieszanego z para wodna do rurociagu 68 i wspólnie z powietrzem dostarczanym przez dmuchawe 66 skierowywana do odpylacza.Powietrze to sluzy przy- tym jako powietrze chlodzace. Dosc powietrza zassana do rurociagu 68 korzystnie jest za pomoca urzadzenia reguluja¬ cego tak odmierzyc, aby odpylacz nie byl narazo¬ ny na uszkodzenie przez zbyt wysoka tenlperature gazu. Oczyszczona mieszanina gazu i powietrza wy¬ chodzaca poprzez dmuchawe 70 z odpylacza zostaje przez komin 20 odprowadzona do atmosfery. Osa¬ dzany w odpylaczu, zawierajacy alkalia pyl, zbiera sie na transporterze slimakowym 71 i zostaje przez niego wydalony z ukladu.Stosunek ilosciowy czesci strumienia gazu, która zostaje odprowadzona poprzez rurociag 68 do czesci strumienia gazu, która bezposrednio zostaje skiero¬ wana do urzadzenia do podgrzewania wstepnego dobiera sie tak, zeby z jednej strony ilosci al¬ kaliów, które dostaja sie do urzadzenia do podgrzewania wstepnego nie stwarzaly niebezpie¬ czenstwa przywierania miewa do scian urzadze¬ nia do podgrzewania wstepnego i by zawartosc alkaliów w atmosferze piecowej nie przekroczyla dopuszczalnej ilosci maksymalnej. Wlasciwy sto¬ sunek ilosciowy obu strumieni gazu mozna latwo znalezc na drodze doswiadczalnej.Na ogól wystarcza, gdy poprzez przewód 68 do¬ prowadza sie powietrze w ilosci mniej wiecej 10% gazu wychodzacego z pieca zawierajacego pa¬ re wodna. Aby uniknac niebezpieczenstwa przy¬ wierania miewa do scian i zatkania urzadzenia do podgrzewania wstepnego jak i zbyt wysokie} za¬ wartosci alkaliów w atmosferze piecowej i w uzy*- skanym klinkierze, mozna tez postepowac w inny sposób, na przyklad mozna cala ilosc gazu wyloj towego z pieca lub tez tylko jego czesc przed wpro¬ wadzeniem do urzadzenia do podgrzewania wstep¬ nego przeprowadzic przez pojemnik z drobno; ziar¬ nista stala substancja.Substancje te wymienia sie w sposób ciagly.Takze i w ten sposób mozna usunac zawartosc, al¬ kaliów z gazów odlotowych z pieca lub co naj¬ mniej tak silnie ja zmniejszyc, ze wyzej wspom¬ niane zaklócenia w urzadzeniu do podgrzewania wstepnego nie wystepuja juz wiecej i uzyskuje sie klinkier nie zawierajacy w ogóle alkaliów lub tez zawierajacy tylko bardzo mala ich ilosc, Ilosc wody, która wedlug wynalazku natryskuje sie w urzadzeniuichlodzacym, reguluje sie w zalez-53008 nosci od rodzaju i ilosci trudnolotnych alkaliów za¬ wartych w surowcu wchodzacym do pieca. Ilosc te mozna latwo ustalic na drodze doswiadczalnej.Wprowadzenie wody do komory 49 i na znajdujace s,ie tam zloze klinkieru powoduje jak juz powie¬ dziano szybka przemiane wody w pare. Z tego to powodu nie potrzeba wody zbyt silnie rozpylac.Wystarczy ja przetlaczac przez zwykle natryski 60.Poniewaz odparowanie wody nastepuje skut¬ kiem ciepla, które jest odprowadzane przez komin, wiec nie powstaja z tego tytulu zadne straty cie¬ pla. Para wodna wprowadzona do pieca z powie¬ trzem wtórnym posiada jak powiedziano tempera¬ ture okolo 700° do 800°. Zawarte w niej cieplo zo¬ staje w wielkiej mierze wykorzystane do podgrza¬ nia wstepnego miewa cementowego.Oczywiscie trzeba przy prowadzeniu procesu w opisanym urzadzeniu zwazac na to, aby tempera¬ tura obu strumieni gazu az do wylotu z odpylaczy 18 i 69 lulb z komina 20 nie spadla do punktu rosy.W wynalazku tym, ogólnie biorac, zamiana wody w pare nie pogarsza bilansu cieplnego.Sposób wedlug wynalazku umozliwia, bez dodat¬ kowego nakladu ciepla i bez skomplikowanej. apa¬ ratury takiej, jak na przyklad dysze rozpylajace wode na mgle wodna, tak silnie wzbogacic gazy odlotowe w pare wodna, ze trudno lotne alkalia za¬ warte w surowcu i ewentualnie w paliwie zostaja przeksztalcone w latwo lotne wodorotlenki i dzieki temu otrzymuje sie produkt wolny od alkaliów.Dalsza zaleta wynalazku jest to, ze ilosc powie¬ trza chlodzacego, które trzeba wprowadzic do ostatniej czesci urzadzenia chlodzacego, to znaczy przez komory 28, 27 — moze byc mniejsza niz bez dodatku wody, poniewaz czesc ciepla zawarta w klinkierze zostaje zuzyta na zamiane wody w pare.Dlatego ilosc powietrza potrzebna do chlodzenia moze byc tak dalece zmniejszona, ze odpowiada ona ilosci .powietrza wtórnego, potrzebnego do ru¬ rowego pieca obrotowego. W wyniku tego dmucha¬ wy 30 i 31 musza zasysac odpowiednio mniejsza ilosc powietrza chlodzacego, przez co osiaga sie tak¬ ze oszczednosc na energii elektrycznej potrzebnej do napedu tych dmuchaw.Poza tym, przy tym sposobie prowadzenia proce¬ su, przepustnica 56 w kominie 55 moze byc calko¬ wicie zamknieta tak, ze przez ten komin nie wy¬ plywaja" gazy oraz porwany przez nie pyl klin¬ kieru.Oprócz zassanego z atmosfery przez krócce 33 i 34 powietrza, mozna komory 27 i 28 zaopatrzyc w cieple powietrze obiegowe z przewodu 45 takze przez otwarcie przepiistnic 42 i 43. Ilosc ciepla za¬ warta w tym powietrzu obiegowym polepsza pro¬ ces odparowania wody doprowadzonej przez natry¬ ski do komory 49. Poza tym przez wprowadzenie powietrza obiegowego do komór 27, 28 zostaje pod¬ wyzszona szylbkosc przeplywu powietrza przez rUSzt 26, co zmniejsza przesypywanie sie produktu przez ten fUszt. Z drugiej strony przez otwarcie pfzepuistiiicy 38 mozna komore 29 zaopatrywac, prócz powietrza obiegowego z przewodu 45 takze w swieze powietrze z atmosfery.Nie we wszystkich przypadkach konieczne jest, aby kazda z koftiór 27, 28 posiadala osobna dmu- 15 chawe 30, 31. Obie komory mozna bowiem pola¬ czyc ze wspólna odpowiedniej wielkosci dmucha¬ wa. Zamiast dwu komór 27, 28 mozna zastosowac równiez tylko jedna komore. 5 Wynalazek moze byc zastosowany nie tylko w piecach z urzadzeniem chlodzacym rusztowym, lecz takze w piecach z urzadzeniem chlodzacym powietrznym o innej konstrukcji. Urzadzenie do podgrzewania wstepnego umieszczone przed obro- m towym piecem rurowym nie musi byc, jak to przed¬ stawiono na rysunku, wykonane w postaci ukladu cyklonów. Urzadzenie do podgrzewania wstepnego miewa, moze miec tez inna konstrukcje.Sposób wedlug wynalazku moze byc równiez z korzyscia zastosowany we wszystkich tych przy¬ padkach, w których w ogóle nie przewidziano urzadzenia do podgrzewania wstepnego surowców.Wynalazek nie ogranicza sie do procesu prazenia miewa cementowego lub podobnych materialów ce- 20 ramicznych, lecz moze byc stosowany wszedzie tam, gdzie przeprowadza sie reakcje chemiczne substancji zawierajacych trudno lotne alkalia w temperaturach powyzej 1000°C.Osadzony w odpylaczu 69, bogaty w alkalia, pyl mozna na przyklad odprowadzic do urzadzenia, w którym wyodrebnia sie alkalia w czystej formie droga lugowania lub ekstrakcji woda. Pyl bogaty w alkalia uzyskany z odpylacza 69 przy procesie prazenia surowego cementu lub tym podobnych materialów moze znalezc zastosowanie jako srodek nawozowy. 25 35 40 PL